The South Portuguese Zone (SPZ), which host world-class massive sulphide deposits, forms the southern fold-and-thrust belt of the Iberian Variscan orogeny. This thesis focuses on seismic-reflection and seismic-refraction processing efforts on a subset of the IBERSEIS deep seismic-reflection data set aiming at resolving the SPZ upper crust in high resolution. A comparison of different crooked-line seismic-reflection imaging schemes showed that a processing sequence involving dip-moveout corrections, a common-midpoint projection, and poststack time migration of common-offset gathers provided the most coherent images considering the crooked acquisition geometry. Correlation with surface-geological data allows four units of different reflection character to be identified: the ~0–2 km deep Upper Carboniferous Flysch group, the highly reflective ~2–4 km thick and up to ~5 km deep Volcano-Sedimentary Complex (VSC) group, and two deep Paleozoic metasedimentary units, with the shallower Phyllite-Quartzite group exposed in an antiform. Prominent diffracted energy was enhanced using a modified Kirchhoff imaging routine. High reflectivity and distinct diffractions mark extensive dike bands at 6–12 km depth, possibly related to the intense hydrothermal activity that led to the formation of the ore-bearing VSC group. Source-generated noise obscures potential signals from depths shallower than ~500m depth on the seismic-reflection sections. P- and SV-wave first-arrival traveltimes were inverted for velocity models imaging the shallowest crust. Overall, the velocity models correlate well with surface-geological data marking high (>5.25 km/s) and uniform P-velocities for the Flysch unit in the southern SPZ. A prominent P-wave low-velocity body (~4.5 km/s) is resolved where the Phyllite-Quartzite unit forms the core of an antiform. P-velocities fluctuate the most in the northern SPZ with Flysch group units exhibiting high velocities (>5.25 km/s) and VSC group bodies showing intermediate velocities (~5 km/s). Low VP/VS-ratios (~1.8) computed for the southern profile part are interpreted as less deformed Flysch-group units, whereas high VP/VS-ratios (~1.9) indicate fractured units.

L’objectif de cette thèse était d’utiliser les propriétés magnétiques des roches (paléomagnétisme, anisotropie de la susceptibilité magnétique (ASM) et différentes techniques d’analyse de la minéralogie magnétique), complété par d’autres méthodes classiques (microscopie pétrographique et électronique, goniométrie de texture, spectroscopie Raman, statistiques d’orientation préférentielle de forme et cathodoluminescence) pour aborder des thématiques récurrentes relatives à la formation des gisements métalliques. Cette approche a été appliquée à deux problèmes métallogéniques : (i) le traçage de la circulation du fluide ayant produit la métasomatose ferrifère des carbonates de La Florida (Cantabrie, Nord de l’Espagne) et la mise en place des minéralisations à Pb–Zn associées (MVT) ; et (ii) l’étude de la structuration des gossans et le décryptage de l’histoire de l'altération des amas sulfurés de la Ceinture Pyriteuse Sud Ibérique (CPSI, Andalousie, Sud de l’Espagne). Dans le premier cas, nous avons pu démontrer expérimentalement que la circulation des fluides produit une anisotropie de forme dont on peut retrouver l’empreinte dans le signal de l’ASM. Cette propriété nous a permis de définir une direction NE–SW de circulation du fluide métasomatique à La Florida. Dans le deuxième cas, le couplage entre l’ASM et le paléomagnétisme nous a permis de définir deux fabriques magnétiques dans les gossans primaires ; (i) une fabrique, d’âge ancien, de « compaction », caractéristique des parties supérieures des gossans, probablement associé au réchauffement de l’Oligocène supérieur et (ii) une fabrique de « mélange », plus récente, localisée dans les parties inférieures des gossans, formée probablement lors de l’événement messinien. La fabrique de « compaction » refléterait donc une altération plus mâture comparée à la fabrique de « mélange ». Par ailleurs, l’analyse de la minéralogie magnétique des gossans et des terrasses de la CPSI a révélé la présence « inhabituelle » de la pyrrhotite, une présence que nous avons attribué à l’activité de bactéries sulfato-réductrices dans des microdomaines réducteurs, disséminés dans un environnement globalement oxydant et très acide. / The purpose of this PhD thesis was to use the magnetic properties of rocks (paleomagnetism, anisotropy of the magnetic susceptibility (ASM) and various techniques of magnetic mineralogy analysis), supplemented by some traditional methods (petrographic and electronic microscopy, texture goniometry, Raman spectroscopy, shape preferential orientation statistics and cathodoluminescence) to study the formation of metal deposits. This approach was applied to two metallogenic studies: (i) the track of fluid circulation that produced the iron-bearing metasomatism of the carbonates of La Florida mining district (Cantabria, Northern Spain), and the Pb–Zn mineralization deposits (MVT); and (ii) the study of the internal structures of the gossans and the alteration history of the massive sulphides of the Iberian Pyrite Belt (IPB, Andalusia, Southern Spain). In the first case, we showed experimentally that the fluid circulation produces a shape anisotropy, recorded in the form of a magnetic anisotropy. This property enabled us to define a NE–SW direction of the circulation of the metasomatic fluid in the La Florida district mining. In the second case, the coupling of AMS and paleomagnetism enabled us to define two magnetic fabrics in the primary gossans; (i) a “compaction” fabric in the upper parts of the gossans, associated to an old age, and probably caused by the Late Oligocene Warming Event, and (ii) a “mixture” fabric, more recent, located in the lower parts of the gossans and probably formed during the Messinian Salinity Crisis. The “compaction” fabric would reflect an alteration stage more mature than the “mixture” fabric. In addition, the magnetic mineralogical analysis of the gossans and the associated terraces of the CPSI revealed the “curious” occurrence of the pyrrhotite, which was attributed to the sulfato-reducing bacteria activity in some reducing microdomains, disseminated in an environment globally oxidant and highly acid.

Que ce soit à des fins spéculatives ou pour financer des conflits armés, une grande opacité entoure les filières des concentrés de matières premières minérales dont la demande ne cesse d'augmenter. Compte-tenu de l'éloignement entre les sites primaires d'extraction et les sites de production de produits finis, il est difficile d'identifier l'origine de ces produits. Dans un souci de traçabilité des concentrés, l'établissement d'une carte d'identité du minerai permettrait le contrôle des échanges dans l'industrie minérale. Le problème peut être posé en termes d'inversion: remonter au minerai d'origine en étudiant le produit vendu. Deux stades doivent être distingués: 1) la caractérisation du minerai brut et 2) la « perte de mémoire » des caractéristiques du tout-venant au cours du traitement minéralurgique. Les paramètres retenus sont la composition minéralogique, l'identification de microfaciès caractéristiques des minéraux cibles, la pseudo-succession paragénétique, le contenu et la distribution en éléments mineurs de minéraux cibles. Les minéraux cibles retenus sont la pyrite pour son ubiquité, la sphalérite car elle est susceptible d'incorporer une grande variété d'éléments mineurs, éventuellement valorisants ainsi que la chalcopyrite car elle est souvent liée aux deux autres minéraux. La comparaison de la composition chimique des phases minérales est effectuée en calculant la distance de Kolmogorov-Smirnov et de Colin-White. Des tests ont été réalisés sur les gîtes de type amas sulfuré volcanogène. Ils ont montré que les caractéristiques retenues permettaient de distinguer les pyrites, les sphalérites et les chalcopyrites de deux gisements de la province Sud-Ibérique (IPB), de sept gisements de la province d’Oural et du fumeur noir actuel de Rainbow. Les cartes d’identité obtenues permettent de discriminer les différents sites (IPB, Oural et Rainbow) et les gisements d’une même province. Les paramètres minéralogiques et microtexturaux ont également été suivis au cours du traitement minéralurgique de la mine de Neves Corvo. Pour une chaîne de traitement donnée, le paramètre « perte de mémoire » est une estimation de l'erreur commise lors de l'inversion, mais aussi une façon de caractériser une succession d'opérations minéralurgiques. / The demand in mineral resources is increasing rapidly, but there is a lack of transparency in the trade of concentrated raw mineral materials because of speculation and involvement in the financing of armed conflicts. Because of the distance between the primary extraction and the final production sites it is difficult to check the origin of such products. An identity card is required for minerals which would permit trading in the mineral industry to be verified and ensure traceability of concentrates. This problem may be considered as an inversion process: studying the products sold to identify the original ore. Two steps may be distinguished: 1) the characterization of the raw ore and 2) the “memory loss” of the crude ore characteristics during its mineral processing. The discriminant parameters are mineralogical composition, identification of textural microfacies of the target minerals, pseudo-paragenetic sequence, and the contents and distribution of minor elements of target minerals. The selected target minerals are pyrite, for its ubiquity, sphalerite for its ability to host numerous discriminant and potentially valuable minor elements in its lattice and chalcopyrite for its proximity with the two others minerals. The Kolmogorov-Smirnov distance and the Colin-White test are used to compare the chemical composition of the three target minerals. The application to Volcanic Massive Sulfide ore deposit showed that the selected characteristics permit to distinguish pyrite, sphalerite and chalcopyrite between two ore deposits in the Iberian Pyrite Belt province, seven ore deposits from the Urals province and a currently active Rainbow blacksmoker. From the established identity cards ore deposits from different provinces may be discriminated. Identity cards can also distinguish different deposits in the same province. Evolution of mineralogical and microtextural parameters was studied during the mineral processing of the Neves Corvo mine. For a given processing chain, the “memory loss” parameter is an estimate of the errors introduced in the inversion from concentrate to the original ore and can be used to characterize a given processing flow.